自升式海上石油钻井平台振动模态的有限元计算和分析

本文对某自升式海上石油钻井平台的振动模态进行了计算和分析。平台长57.6米、宽34米,采用4根直径为3米的管形桩腿,腿高78米,工作水深40米,桩腿插入泥面以下约3米。本文提出了计算该平台振动模态的两种模型:空间薄壁结构模型和空间框架模型,用 SAP5结构分析程序进行了计算,获得了该平台的第一至第廿谐调的振动频率和模态,为我国自升式钻井平台动态特性的设计、分析和使用提供了有用的数据和可行的方法。文中对上述两种计算模型作了分析和比较,指出本文提出的空间薄壁结构模型是计算这类平台整体振动模态的一种简单易行而又经济的合理模型。此外,本文还指出了这类平台振动周期的跳跃现象,讨论了桩腿的支承条件对平台振动周期的影响以及平台结构的质量和附连水质量的处理等问题。     

水下桩腿长度变化对浮式结构固有频率的影响研究

为了分析带支腿浮式结构水下桩腿处于不同的长度时振动固有频率的变化情况,采用有限元方法和三维线性水弹性理论对一理想的带支腿浮式结构进行研究,分工况计算了3种弹性模态的干、湿固有频率。结果表明对于同一阶弹性模态来说,结构主体平台振型是决定水动力系数大小的主要因素,桩腿水下长度是次要因素,而振型又受到桩腿长度的制约;桩腿水下长度的改变对带支腿浮式结构的干模态固有频率以及湿固有频率都有较明显地调制作用。对于干模态固有频率来说,桩腿关于船身越趋于对称分布时结构的共振频率越高;对于湿固有频率来说,水下桩腿长度地增加有迫使共振频率趋向低频方向移动趋势。     

浅水导管架平台的抗地震分析

本文用SAP5程序对一座26米水深的导管架平台作了动力分析。为了探讨导管架的单元划分、土与桩共同作用等因素对自振特性的影响,近似将平台作为平面框架来计算、三种平面计算模型算得的频率相差不超过10％,谱响应分析所得结果也比较接近。空间计算模型分别进行自振特性、谱响应和历程响应的计算。按八度地震计算结果表明:平台桩顶的位移比较大,第一振型起主要作用;导管架在潮差段和海底泥面处的腿柱应力值及大部分斜杆应力值都很大。     

固定式海洋平台非线性动态响应分析

固定式海洋钢结构平台必须考虑到流体—结构—桩—土的相互作用。桩基式海洋平台是一种大型复杂结构系统,通常包括平台及其上部设备并支持在导管架上,用一组桩通过导管架的腿打入土壤中把它固定在海底。作用在这一结构系统上的有波浪、风、流、设备运行、地震等动载荷。其中以波浪载荷为最重要。对于固定式结构,结构的速度相对于水质点速度不可忽略,因而使波浪力呈非线性性质。桩—土相互作用可用分布的弹簧来表示,其刚度变化根据p-y曲线呈非线性。大多数结构设计在设计载荷下材料处于弹性范围,但在强地震和风暴下允许材料进入非线性而不致结构破坏。本文将一种模态综合技术和模态叠加方法推广应用于研究这一系统的非线性响应分析,假设系统受到规则波作用,波浪力可由波浪理论对给出的设计波算出。采用直接积分法对减缩的动力方程求解,非线性作为伪力矢量移置到方程右端。这样大大节省了计算机存贮及机时。迄今为止,非线性系统的动力分析问题藏缩方法为数有限,由于预测大型复杂结构系统非线性响应耗费巨大的机时相价值昂贵,这一工作显得特别重要。最后由计算程序DAPOS给出的算例表明这一方法的优点并卓有成效。     

自升式平台拖航工况桩腿设计标准研究

本文对自升式钻井平台拖航工况桩腿的外力、内力和应力设计标准进行了综合分析。分别按照美国船检局、英国劳氏船级社、挪威船级社和我国船检局的近海移动式钻井平台入级和建造规范对我国建造的自升式平台桩腿结构进行分析计算。将所得的结果列表并绘出曲线,进行了综合分析。其结论为应用近海移动式钻井平台入级与建造规范和对这种自升式平台设计提供适当的依据.     

考虑几何非线性的张力腿平台随机响应等效线性化分析

考虑深海柔性张力腿平台的几何非线性特征,建立柔性平台结构非线性随机振动响应分析方法.该方法结合模态分析,把系统隐式的非线性项转化为由模态坐标高次组合表示的显式非线性项,在此基础上引入虚拟激励法,建立结构在随机波浪荷载作用下的等效线性化系统,从而确定结构各非线性随机响应.通过对某一mini-TLP的分析结果和试验实测值的比较,表明该方法具有较好的计算精度和较快的计算速度,能够满足大型结构的非线性随机响应分析要求.通过对不同波高的计算,结果表明张力腿平台在较大波高作用下几何非线性影响显著,忽略这部分的影响,计算结果将会产生很大的误差.     

独桩平台地震反应的TMD控制研究

采用调谐质量阻尼器（TMD）对独桩平台的地震反应进行控制，按不考虑和考虑桩－土动力相互作用两种情况分别对受控结构的地震反应进行了分析。结果表明，在考虑了桩－土动力相互作用后，TMD的控制效果虽然比不考虑桩－土动力相互作用时有所下降，但是仍然可以有效地控制独桩平台的地震反应，因此TMD是一种同样适用于独桩平台地震反应控制的结构振动控制技术。     

冰区自升式平台桩腿动强度的安全评估

应用ANSYS软件建立了自升式平台和冰相互作用的数学仿真模型,对自升式平台进行了动力分析和桩腿的极限强度和疲劳强度校核。应用本模型对渤海某自升式平台桩腿进行的强度校核和不同海冰参数下平台桩腿的冰激疲劳损伤实例分析表明,本文的研究结果为自升式平台冰激疲劳设计提供了一个有效的方法,并为自升式平台在冰区的使用提供了依据。     

基于实测动冰力时程的海洋平台结构冰振反应分析

冰激平台结构振动是影响渤海石油钻采平台冬季正常生产和安全的主要因素。本文采用实测冰压力时程,对渤海辽东湾北部的ＪＺ２０－２ＭＵＱ平台结构进行了冰振反应分析,计算了不同设计冰厚、不同冰作用方向和标高及平台桩腿有无正倒锥体（一种破冰装置）的结构反应,探讨了正倒锥体对减轻冰力和结构反应的作用,发现了结构冰激振动的一些特征,为在该平台上实施振动控制方案提供了依据     

自升式平台穿刺过程结构响应研究

为减少自升式平台穿刺造成的损失,需要对自升式平台穿刺过程中的结构响应进行研究。根据某典型平台图纸,使用有限元法建立细化模型。在穿刺过程中采用CONNECTOR单元及非线性弹簧模拟自升式平台围阱区的齿轮齿条接触及桩土作用。考虑到模型中包含的高度非连续过程,穿刺过程采用显式动力学方法求解。通过分析模型穿刺后的结构形态,危险点分布,穿刺速度对结构的影响及预压载值的变化,探讨自升式平台穿刺过程中的结构响应特征。结果表明:平台导向板附近桩腿结构最容易在穿刺中损坏;穿刺速度对与桩靴相连的桩腿结构影响很大;为减少穿刺对结构的影响,可以考虑主动刺穿或减少气隙进行单桩预压载等措施。     

多桩锥体海洋平台结构冰荷载遮蔽效应离散元分析

在海冰与多桩锥体海洋平台结构的相互作用中,平台结构总冰力在海冰流向和桩腿方位的影响下呈现出显著的遮蔽效应。采用具有粘结-破碎效应的离散元方法,基于GPU并行的高性能计算,对不同冰向下锥体海洋平台结构的冰荷载进行了数值分析,确定了不同冰向下平台结构各桩腿的冰力衰减系数并分析了总冰力的遮蔽效应。最后,对自由边界影响下多桩平台结构冰荷载遮蔽效应的产生机理进行了讨论。本文工作可为多桩腿平台结构的冰荷载特性、冰激结构振动以及冰区结构设计提供参考。     

作用于平台桩腿的海冰屈曲破坏冰压力随机过程模型及其参数确定

冰对结构的作用过程是典型的随机过程。本文在冰压力过程为平稳过程的假设下，从渤海海冰对平台桩腿作用的大量实测冰压力数据中，选取了２１条冰屈曲破坏时的冰压力时程曲线，对它们进行谱分析后，得到了单点冰屈曲破坏的压力随机过程的谱密度，并确定了谱参数及其跟环境要素的关系，依据文献［１］中冰压力沿圆柱面的空间分布，建立了绕桩腿的冰压力随机场模型，并得到了作用于桩腿的总冰力随机过程及其谱密度。本文的研究成果为平台结构冰激随机振动和疲劳累积损伤分析提供了荷载基础     

海上自升式钻井平台结构非线性分析

本文分析海上自升式钻井平台结构特征及其桩腿结构非线性大位移特点,采用非线性有限元分析方法,提出考虑剪切影响的三维梁单元几何非线性分析新的方法,并编制相应分析程序,对自升式钻井平台桩腿结构非线性问题进行了合理地分析,取得合理的分析结果.文中还通过自升式钻井平台实例分析说明了此法的应用.     

海洋平台上储油罐地震反应计算

海洋平台上储罐的设计和计算以往都采用陆地上储罐的计算方法,这与实际情况有很大差别,也有人将储罐和内储液做为整个刚体来进行动力分析,这显然也是不合适的。本文将储罐及平台的结构体系简化成双自由度体系,用反应谱方法计算其地震反应,并建议了适合工程计算的简化方法。     

自升式平台穿刺计算方法探讨

自升式平台的穿刺会对平台结构或桩腿造成不同程度的损伤,因此非常有必要对作业井位进行插桩穿刺安全性评估。在总结国内外穿刺计算方法的基础上,首先分析了接近穿刺状态下上覆砂层的抗剪切能力,对桩基承载力公式进行了修正;然后对穿刺安全系数进行了探讨,推荐了平台作业期处于台风季时采用的安全系数;最后提出了更完善的穿刺分析和作业流程,并以HYSY9××平台在某井位插桩计算为例验证了所提出的方法。     

基于AutoCAD三维海洋平台结构模型实用技术研究

以一个常见桩腿结构为例,介绍使用AutoCAD建立海洋平台结构三维数字模型。提取结构零件属性、生成零件明细表、合并所有零件、构造整个桩腿结构三维实体模型。查询桩腿结构质量和质心,自动生成桩腿结构视图的方法和操作过程。说明基于通用软件进行海洋平台结构三维数字模型的开发与应用切实可行。     

张力腿式浮式风机耦合动力响应理论模型与数值实现

针对张力腿结构动力响应特点,提出一套张力腿式浮式风机动力耦合理论模型,编制计算程序,并通过与实验结果的对比,验证理论模型以及程序的适用性。张力腿式系泊系统稳定性好,但张力载荷随平台位移的变化显著;张力腿结构的动态响应与支撑平台和风机系统动态响应存在显著的耦合作用。针对张力腿浮式风机动力耦合特性,采用谱方法对张力腿结构建立耦合动力模型;考虑细长体在波浪中受到的粘性力,通过哈密顿原理推导出张力腿运动控制方程,利用自主开发的计算程序DARwind和数值计算方法求解系统动态响应。最后,将数值计算结果同UMAINE的试验数据进行对比分析,以验证程序的合理性。     

新型张力腿式储油处理平台的动力响应分析

针对目前小油田早期生产中存在的不足,提出一种适用于浅水海域的新型张力腿式储油处理平台,该平台主要由储油箱、浮箱、吸力桩、系泊链和甲板结构构成,具备原油处理和储存功能。应用非线性时域耦合分析法,研究了有义波高、平均波周期、水深对该平台的运动响应和系泊链张力的影响。计算结果表明,波高对平台动力响应有较大影响,有义波高每增加0.4 m,平台水平位移相应增加0.408 m,而系泊链力随有义波高的增加呈准线性增大;波周期对平台水平运动影响显著,平均波周期从6.5 s逐级变化至8.5 s时,最大水平位移自3.760 m渐增至5.467 m,而波周期对系泊链力影响较小,变化率一般小于10%;该新型平台对水深大于20 m的浅水海域有良好的动力特性,而对水深小于20 m的海域却表现异常。因此,该新型张力腿式平台能满足水深不小于20 m浅海区的油田早期生产需要。     

海洋桩基平台地震随机响应分析

本文应用地震随机响应分析理论,研究了海洋桩基平台地震随机响应分析方法。该分析方法将强地面运动视为三向平稳白噪声随机过程,同时考虑了桩土相互作用和水与结构的耦联作用。应用该方法对一典型平台进行了计算,并与现行的响应谱法进行了比较,从而验证了本文所述方法的适用性。     

高桩码头地震惯性力计算

本文采用弹性柱(桩)支承空间刚体(码头上部结构分段)的力学模型,分析高桩码头的自由振动特性,并按反应谱方法给出计算水平地震惯性力和惯性扭矩的解析表达式。最后结合例题指出惯性扭矩的作用不容忽视。